Gran col·lisionador d’hadrons fa 10: per què és més important que mai

Deu anys! Deu anys des de l'inici de les operacions del Large Hadron Collider (LHC), una de les màquines més complexes mai creades. LHC és l'accelerador de partícules més gran del món, enterrat a 100 metres sota el camp francès i suís amb una circumferència de 17 milles.

El 10 de setembre de 2008, els protons, el centre d’un àtom d’hidrogen, es van circular per primer cop per l’accelerador LHC. No obstant això, l'emoció va durar poc temps, ja que el 22 de setembre es va produir un incident que va danyar més de 50 dels més de 6.000 imatges del LHC, que són fonamentals per mantenir els protons viatjant per la seva trajectòria circular. Les reparacions van trigar més d'un any, però el març del 2010 el LHC va començar a col·lisionar amb protons. El LHC és la joia de la corona del CERN, el laboratori europeu de física de partícules que es va fundar després de la Segona Guerra Mundial com a manera de reunir i reconstruir la ciència a Europa devastada per la guerra. Ara els científics dels sis continents i els 100 països realitzen experiments allà.

Potser us preguntareu què fa el LHC i per què és un problema. Grans preguntes. El LHC xoca dos feixos de protons junts a les energies més altes aconseguides en un laboratori. Sis experiments situats al voltant de l'anell de 17 milles estudien els resultats d'aquestes col·lisions amb detectors massius construïts en cavernes subterrànies. Això és el que, però, per què? L’objectiu és entendre la naturalesa dels blocs de construcció més bàsics de l’univers i com interactuen entre ells. Aquesta és la ciència fonamental en la seva majoria bàsica.

LHC no ha decebut.Un dels descobriments realitzats amb el LHC inclou el llarg i buscat bosó de Higgs, previst el 1964 per científics que treballen per combinar teories de dues de les forces fonamentals de la natura.

Treballo en un dels sis experiments LHC: l’experiment Compact Muon Solenoid dissenyat per descobrir el bosó de Higgs i cercar signes de partícules o forces desconegudes anteriorment. La meva institució, la Florida State University, es va incorporar a la col·laboració Compact Muon Solenoid el 1994, quan era un jove estudiant de postgrau en una altra escola que treballava en un experiment diferent en un laboratori diferent. La planificació per al LHC es remunta a l'any 1984. El LHC era difícil de construir i costós: 10.000 milions d’euros, i va trigar 24 anys a arribar a bon port. Ara celebrem deu anys des que va començar a operar el LHC.

Descobriments del LHC

El descobriment més significatiu del LHC fins al moment és el descobriment del bosó de Higgs el 4 de juliol de 2012. L'anunci es va fer al CERN i va captivar un públic mundial. De fet, la meva dona i jo ho vam veure a través d’un webcast al nostre televisor de pantalla gran a la nostra sala d’estar. Des de l’anunci a les 3 de la matinada, hora de Florida, vam anar a fer creps a l'IHOP per celebrar-ho després.

El bosó de Higgs va ser l'últim tros del que anomenem model estàndard de la física de partícules. Aquesta teoria cobreix totes les partícules fonamentals conegudes - 17 d’elles - i tres de les quatre forces a través de les quals interactuen, encara que la gravetat encara no s’inclou. El model estàndard és una teoria increïblement provada. Dos dels sis científics que van desenvolupar la part del model estàndard que prediu el bosó de Higgs va guanyar el premi Nobel el 2013.

Sovint se'ls pregunta: per què seguim experimentant, trencant protons, si ja hem descobert el bosó de Higgs? No ho hem fet? Bé, encara hi ha molt per entendre. Hi ha una sèrie de preguntes que el model estàndard no respon. Per exemple, els estudis de galàxies i altres estructures a gran escala de l’Univers indiquen que hi ha molta més matèria que allò que observem. Cridem aquesta matèria fosca, ja que no podem veure-la. L’explicació més freqüent fins a la data és que la matèria fosca està formada per una partícula desconeguda. Els físics esperen que el LHC pugui produir aquesta partícula misteriosa i estudiar-la. Seria un descobriment increïble.

La setmana passada, les col·laboracions ATLAS i Compact Muon Solenoid van anunciar la primera observació del bosó de Higgs en descomposició o trencament en quarks de fons. El bosó de Higgs es desintegra de moltes maneres diferents, algunes rares, algunes comunes. El model estàndard fa prediccions sobre la freqüència amb què es produeix cada tipus de decadència. Per provar completament el model, hem d’observar totes les desintegracions previstes. La nostra observació recent està d'acord amb el model estàndard: un altre èxit.

Més preguntes, més respostes per venir

Hi ha un munt d’altres trencaclosques a l’univers i és possible que necessitem noves teories de la física per explicar tals fenòmens, com ara la asimetria de matèria / antimateria per explicar per què l’univers té més matèria que anti-matèria o el problema de la jerarquia per entendre per què la gravetat és molt més feble que les altres forces.

Però, per a mi, la recerca de dades noves i inexplicables és important perquè cada vegada que els físics pensen que ho hem descobert, la naturalesa proporciona una sorpresa que condueix a una comprensió més profunda del nostre món.

El LHC continua provant el model estàndard de la física de partícules. Els científics estimen que la teoria concorda amb les dades. Però normalment aprenem més quan no ho fan. Això vol dir que no entenem bé el que està passant. I això, per a molts de nosaltres, és l'objectiu futur del LHC: descobrir proves d'alguna cosa que no entenem. Hi ha milers de teories que prediuen noves físiques que no hem observat. Què té raó? Necessitem un descobriment per saber si hi ha alguna cosa correcta.

El CERN té previst continuar les operacions del LHC durant molt de temps. Estem planejant actualitzacions de l’accelerador i dels detectors per permetre-ho executar fins al 2035. No està clar qui es retirarà primer, jo o el LHC. Fa deu anys esperàvem ansiosos els primers feixos de protons. Ara estem ocupats estudiant una gran quantitat de dades i esperem una sorpresa que ens porti a un nou camí. Aquí teniu ganes de complir els propers 20 anys.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Todd Adams. Llegiu l'article original aquí.